水污染控制工程第十二章后半部分

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1、 第十四章 活性污泥法 第六节 脱氮、除磷活性污泥法工 艺及其设计 第七节 二次沉淀池 第八节 活性污泥法系统设计、 运行和管理 第六节 脱氮、除磷活性污泥法工 艺及其设计 生物脱氮工艺 （ a） 三段生物脱氮工艺： 将有机物氧化、硝化以及反硝化段独立开来，每 一部分都有其自己的沉淀池和各自独立的污泥回流系 统。 （ c） 缺氧 好氧生物脱氮工艺： 该工艺将反硝化段设臵在系统的前面，又称前 臵式反硝化生物脱氮系统。 反硝化反应以水中的有机物为碳源，曝气池中 含有大量的硝酸盐的回流混合液，在缺氧池中进行 反硝化脱氮。 缺氧 -好氧生物脱氮工艺 （ b） Bardenpho生物脱氮工艺： 设立两个

2、缺氧段，第一段利用原水中的有机物 为碳源和第一好氧池中回流的含有硝态氮的混合液 进行反硝化反应。 为进一步提高脱氮效率，废水进入第二段反硝 化反应器，利用内源呼吸碳源进行反硝化。 最后的曝气池用于吹脱废水中的氮气，提高污 泥的沉降性能，防止在二沉池发生污泥上浮现象。 生物脱氮工艺过程设计 缺氧区容积设计 vdenN O r XKVN Vde Vtek n XK XNNQV 12.0 反硝化的影响因素很多，对于一般城市污水，前置反 硝化系统有外来碳源时， Kde可取 0.030.06gNO3 N/ (gMLVSS.d)。对于没有外来碳源的后置反硝化系统， 可取 0.010.03g 0.030.0

3、6gNO3 N/(gMLVSS.d)。 1029.003.0 d M FK de )20()20()( 08.1 TdeTde KK 有人把反硝化速率与缺氧区的有机物负荷（ F/M)联系 起来，修正反硝化速率： 温度对反硝化速率有影响，可用下式修正 ： 缺氧区一般设计为完全混合池型，也可以设计成多个 完全混合池串联，常采用机械搅拌方式，混合功率采用 28W/m3（池容）。 好氧区容积计算 可用污泥龄的概念设计去除有机物及带硝化功能的好氧 区池体体积，但硝化系统的污泥龄要比仅去除有机物的 系统污泥龄要长，溶解氧对其影响较大，可表示为： dn Oan anm n KDOK DO NK N 硝化反应

4、池中 DO浓度一般足够高， DO/(KO+DO) 1， 如果再忽略硝化细菌的内源代谢作用，硝化菌的生长速率 可简写为： an a nmn NK N 硝化细菌比增长速率同样受温度影响， 15C时硝化 细菌的最大比增长速率为 0.47/d，硝化菌比增长速率 与温度的关系可表示为： )15(098.0 )( 47.0 T an a Tn eNK N n co F 1 则好氧硝化区的污泥泥龄为： )1( )( 0 COdV eco KX SSQYV 需氧量计算 12.0)(57.442.168.0 )( 02 VKeKVe XNNQXSSQO 总需氧量为去除 BOD5所需氧量加上氨氮氧化的需氧量 ：

5、对于前置反硝化工艺，硝酸盐作为电子受体时，还原每 单位硝酸盐相当于提供 2.86单位氧气，所以系统总需氧 量应扣除硝酸盐还原提供的氧当量： VoeKet VKeKV e XNNNQ XNNQX SSQ O 12.086.2 12.057.442.1 68.0 )( 0 2 混合液回流量 对硝酸盐建立物料平衡： N O eN O eN O eiNO QNQ R NNQRQN 0.1 R N NR N O e NO i 好氧区 产生的 硝酸盐 内回流 中的 硝酸盐 污泥回 流中的 硝酸盐 出水中 含的 硝酸盐 增加回流比，可提高处理效果 ，但一般不大于 4。一般典型 回流比为 23。 碱度平衡 氨

6、氮硝化需要消耗碱度，前置反硝化过程可补充约 50%的 碱度，如果进水中碱度不足，则无法维持反应混合液 pH呈 中性，甚至影响反硝化反应的进行。特别是对于工业废水 或工业废水比例偏高的城市污水，必须在必要时在硝化池 补充碱度，一般对于与生活污水为主的城市污水处理厂， 保持反应池 pH中性所需碱度为 80mg/L（以碳酸钙计）。 (1) A/O法是由厌氧池和好氧池组成的同时去除 污水中有机污染物及磷的处理系统。 厌氧 -好氧除磷工艺流程 二 生物除磷及生物脱氮除磷工艺 1.A/O生物除磷工艺 (2) Phostrip去除磷工艺流程： 生物除磷工艺过程设计 厌氧区容积设计 PP tQV tP一厌氧区

7、水力停留时间，一般取 12小时 。 好氧区容积设计 采用污泥龄计算，如果系统仅需要生 物除磷，则 SRT时间宜短，在 20C 为 23d，在 10C时为 45d。低污泥 负荷和高 SRT对除磷非常不利。 三 生物除磷及生物脱氮除磷工艺 2. A2/O工艺 A2/O工艺基本流程 进水 沉淀池 厌氧池 缺氧池 好氧池 剩余污泥 出水 内回流 污泥回流 进 气 管 3. 改进的 Bardenpho工艺 4.UCT工艺 5. SBR工艺 SBR工艺是将除磷脱氮的各种反应，通过时间 顺序上的控制，在同一反应器中完成。 第七节 二次沉淀池 二次沉淀池的功能要求 1.澄清（固液分离） 2.污泥浓缩（使回流污

8、泥的含水率降低，回 流污泥的体积减少） 基本原理 二沉池设计的思路 假定混合液在沉淀筒中的静止沉淀实验，可以反映混合液 在二沉池中的真实情况，静止沉淀实验所得的数据可以作 为设计时的依据。 二沉池要求同时考虑澄清和浓缩的要求。 静止沉淀时，成层沉降速度决定于悬浮固体的浓度，此速 度决定了二沉池的澄清能力。由此，即可算出二沉池所需 的满足澄清要求的面积。 二沉池的浓缩能力决定于所要求的底流浓度。根据沉速是 固体浓度的函数及物料平衡原理，可以按所要求的底流浓 度推算出二沉池需要的表面积。 二沉池的实际工作情况 （ 1）二沉池中普遍存在着四个区： 清水区、絮凝区、成层沉降区、压缩 区 。 两个界面：

9、泥水界面和压缩界面 。 （ 2）混合液进入二沉池以后，立 即被稀释，固体浓度大大降低，形成 一个絮凝区。絮凝区上部是清水区， 两者之间有一泥水界面。 （ 3）絮凝区后是一个成层沉降区，在此区内，固体浓度基本 不变，沉速也基本不变。絮凝区中絮凝情况的优劣，直接影响 成层沉降区中泥花的形态、大小和沉速。 （ 4）靠近池底处形成污泥压缩区。 二沉池的实际工作情况 二沉池的澄清能力与混合液进入池后的絮凝情 况密切相关，也与二沉池的表面面积有关。 二沉池的浓缩能力主要与污泥性质及泥斗的容积有 关。 对于沉降性能良好的活性污泥，二沉池的泥斗 容积可以较小。 二次沉淀池的构造和计算 二次沉淀池在构造上要注意

10、以下特点 ： （ 1）二次沉淀池的进水部分，应使布水均匀并造 成有利于絮凝的条件，使泥花结大。 （ 2）二沉池中污泥絮体较轻 ,容易被出流水挟走 , 要限制出流堰处的流速 ,使单位堰长的出水量不超过 1.7L/（ ms） 。 （ 3）污泥斗的容积，要考虑污泥浓缩的要求。在二沉池内，活 性污泥中的溶解氧只有消耗，没有补充，容易耗尽。缺氧时间 过长可能影响活性污泥中微生物的活力 ， 并可能因反硝化而使 污泥上浮 ， 故浓缩时间一般不超过 2h。 二次沉淀池的容积计算方法可用下列两 个 公式 反映： 式中： A 澄清区表面积， m2； Q 废水设计流量，用最大时流量， m3/h； q 沉淀效率参数，

11、 m3/（ m2h）或 m/h； Vs 污泥区容积， m3； R 最大污泥回流比； ts 污泥在二次沉淀池中的浓缩时间， h。 二次沉淀池的构造和计算 SS RQ tV q QA 第六节 活性污泥法系统设计、 运行与管理 一 水力负荷 二 有机负荷 三 微生物浓度 四 曝气时间 五 微生物平均停留时间 （ MCRT） 六 氧传递速率 七 回流污泥浓度 八 回流污泥率 九 曝气池的构造 十、 pH和碱度 十一、 溶解氧浓度 十二、污泥膨胀及其控制 流向污水 厂的流量 变化 一、水 力 负 荷 一天内的流量变 化 随季节的流量变 化 雨水造成的流量 变化 泵的选择不当造 成的流量变化 水力负荷的变

12、化影响活性污泥法系统的曝气池和 二次沉淀池。 当流量增大时，污水在曝气池内的停留时间缩短， 影响出水质量，同时影响曝气池的水位。若为机 械表面曝气机，由于水面的变化，它的运行就变 得不稳定。 对二次沉淀池为水力影响。 一、水 力 负 荷 二、有机负荷率 N 污泥负荷率 N和 MLSS的 设计值采用得大一些，曝气池所需 的体积可以小一些。 但出水水质要降低，而且使剩余污泥量增多，增加了污泥 处臵的费用和困难，同时，整个处理系统较不耐冲击，造 成运行中的困难。 为避免剩余污泥处臵上的困难和保持污水处理系统的稳定 可靠，可以采用低的污泥负荷率（ 0.1），把曝气池建得 很大，这就是延时曝气法。 曝气

13、区容积的计算， 设计中要考虑的主要问题 是如何确定污泥负荷率 Ls和 MLSS的设计值。 三、 微生物浓度 在设计中采用高的 MLSS并不能提高效益，原因如下： 其一，污泥量并不就是微生物的活细胞量。曝气池污 泥量的增加意味着泥龄的增加，泥龄的增加就使污泥中 活细胞的比例减小 。 其二，过高的微生物浓度使污泥在后续的沉淀池中难 以 沉淀，影响出水水质 。 其三，曝气池污泥的增加，就要求曝气池中有更高的 氧传递速率，否则，微生物就受到抑制，处理效率降低。 采用一定的曝气设备系统，实际上只能够采用相应的污 泥浓度， MLSS的提高是有限度的。 四、 曝 气 时 间 在通常情况下，城市污水的最短曝气

14、时间为 3h或更长 些，这和满足曝气池需氧速率有关。 当曝气池做得较小时，曝气设备是按系统的负荷峰值 控制设计的。这样，在非高峰时间，供氧量过大，造成浪 费，设备的能力不能得到充分利用。 若曝气池做得大些，可降低需氧速率，同时由于负荷 率的降低，曝气设备可以减小，曝气设备的利用率得到提 高。 五 、污泥龄 (SRT)(又称泥龄 ) 每日排放的剩余污泥量 工作着的活性污泥总量污泥龄 微生物平均停留时间至少等于水力停留时间，此时，曝 气池内的微生物浓度很低，大部分微生物是充分分散的。 微生物的停留时间应足够长，促使微生物 能 很好地絮凝， 以便重力分离，但不能过长，过长反而 会 使絮凝条件变差。

15、微生物平均停留时间还有助于说明活性污泥中微生物的 组成。世代时间长于微生物平均停留时间的那些微生物几乎 不可能在该活性污泥中繁殖。 六、 氧 传 递 速 率 氧传递速率要考虑二个过程 要提高氧的传递速率 氧传递到水中 氧真正传递到微生物的膜表面 必须有充足的氧量 必须使混合液中的悬浮固体保持悬浮状态和紊动条件 七、 回流污泥浓度 回流污泥浓度是活性污泥沉降 特性和回流污泥回流速率的函数。 按右图进行物料衡 算 ，可推得 下列关系式： 式中： Xa 曝气池中的 MLSS,mg/L; XR 回流污泥的悬浮固体浓度 ,mg/L; R 污泥回流比。 根据 上式 可知，曝气池中的 MLSS不可能高于回流

16、污泥浓度， 两者愈接近，回流比愈大。限制 MLSS值的主要因素是回流污泥 的浓度。 R aR X R R X XRQQR Q X 1 )( a v 衡量活性污泥的沉降浓缩特性的指标，它是指曝气 池混合液沉淀 30min后，每单位质量干泥形成的湿泥 的体积，常用单位是 mL/g。 （ 1）在曝气池出口处取混合液试样； （ 2）测定 MLSS（ g/L）； （ 3）把试样放在一个 1000mL的量筒中沉淀 30min，读出 活性污泥的体积（ mL）； （ 4）按下式计算： 活性污泥体积指数 SVI )g / L(M L S S )m L / L(S V I 活性污泥体积 SVI的测定 七、 回流污

17、泥浓度 八 、 污泥回流率 高的污泥回流率增大了进入沉淀池的污泥流 量，增加了二沉池的负荷，缩短了沉淀池的沉淀时 间，降低了沉淀效率，使未被沉淀的固体随出流带 走。 活性污泥回流率的设计应有弹性，并应操作 在可能的最低流量。这为沉淀池提供了最大稳定 性。 九 、 曝气池的构造 推流 式 曝气池 完全混合 式 曝气池 示踪剂的研究表明 ： 推流 式 曝气 池的纵向混合很严重 氧消耗率的数据表明：氧的传递 受到限制 处理量小时，只配有一个机械曝 气机，很容易围绕曝气机形成混 合区 处理量大时，曝气池也相应增大， 曝气池不是充分完全混合的 十 、 pH和碱度 活性污泥 pH通常为 6.5 8.5。

18、pH之所以能保持在这个范围，是由于污水中的蛋白质代谢 后产生碳酸铵碱度和从天然水中带来的碱度所致。 工业污水中经常缺少蛋白质，因而产生 pH过 低的问题。工业废水中的有机酸通常在进入曝气 池前进行中和。 生活污水中有足够的碱度使 pH保持在较好的水 平。 十一 、 溶解氧浓度 通常溶解氧浓度不是一个关键因素，除非溶解氧 浓度跌落到接近于零。只要细菌能获得所需要的溶 解氧来进行代谢，其代谢速率就不受溶解氧的影响。 一般认为混合液中溶解氧浓度应保持在 0.5 2mg/L，以保证活性污泥系统的正常运行。 过分的曝气使氧浓度得到提高，但由于紊动过 于 剧烈，导致絮状体破裂，使出水浊度升高。 特别是对于

19、好氧速度不 快 而泥龄偏长的系统，强 烈混合使破碎的絮状体不能很好地再凝聚。 十二 、 污泥膨胀及其控制 正常的活性污泥沉降性能良好，其污泥体积指数 SVI在 50 150之间；当活性污泥不正常时，污泥不易沉淀，反映在 SVI值 升高。 混合液在 1000mL量筒中沉淀 30min后，污泥体积膨胀，上层 澄清液减少，这种现象称为活性污泥膨胀。 活性污泥膨胀可分为 污泥中丝状菌大量繁 殖导致的丝状菌性膨 胀 并无大量丝状菌存 在的非丝状菌性膨 胀 丝 状 菌 性 膨 胀 絮花状物质，其骨干是菌胶团 正常的活性污泥 丝状菌大量出现，主要是有鞘细菌和硫细菌 不正常的情况下 当污泥中有大量丝状菌时，大

20、量有一定强度的丝状 体相互支撑、交错，大大恶化了污泥的沉降、压缩性能， 形成了污泥膨胀。 丝 状 菌 性 膨 胀 的 主 要 因 素 污水水质 运行条件 工艺方法 污水水质是造成污泥膨胀的最 主要因素 。 含溶解性碳水化合物多的污水 往往发生由浮游球衣细菌引起 的丝状膨胀 。 含硫化物多的污水往往发生由 硫细菌引起的丝状膨胀 。 水温低于 15 时，一般不会 发 生 膨胀 。 pH低时，容易产生膨胀。 丝 状 菌 性 膨 胀 的 主 要 因 素 污水水质 运行条件 工艺方法 污泥负荷对污泥膨胀在一 定条件下有一定的影响 ， 但 两者 无必然的联系 。 溶解氧浓度并不一定影响 污泥的膨胀。 丝

21、状 菌 性 膨 胀 的 主 要 因 素 污水水质 运行条件 工艺方法 完全混合的工艺方法比传统 的推流方式较易发生污泥膨 胀 。 间歇运行的曝气池最不容易 发生污泥膨胀 。 不设初次沉淀池的活性污泥 法，不容易发生污泥膨胀 。 叶轮式机械曝气与鼓风曝气 相比，易于发生丝状菌性膨 胀 。 射流曝气的供氧方式可以有 效地克制浮游球衣细菌引起 的污泥膨胀。 非 丝 状 菌 性 膨 胀 非丝状菌性膨胀主要发生在污水水温较 低而污泥负荷太高时。 微生物的负荷高，细菌吸收了大量的营 养物，但由于温度低，代谢速度较慢，就积 贮起大量高黏性的多糖类物质。这些多糖类 物质的积贮，使活性污泥的表面附着水大大 增加

22、，使污泥形成污泥膨胀。 发生污泥非丝状菌性膨胀时，处理 效率仍很高，上清液也清澈。 在运行中，如发生污泥膨胀，针对膨胀的类型和丝 状菌的特性，可采取的抑制措施： (1)控制曝气量，使曝气池中保持适量的溶解氧 ； (2)调整 pH； (3)如磷、氮的比例失调，可适量投加氮化合物 和磷化合物； (4)投加一些化学药剂 ； (5)城市污水厂的污水在经过沉砂池后，跳跃初沉 池，直接进入曝气池。 在设计时，对于容易发生污泥膨胀的污水，可 以采用以下一些方法： (1)减少城市污水厂的初沉池或取消初沉池，增加进入曝 气池的污水中的悬浮物，可使曝气池中的污泥浓度明显提 高，污泥沉降性能改善； (2)两级生物处理法，即采用沉砂池 一级曝气池 中间 沉淀池 二级曝气池 二次沉淀池的工艺等工艺； (3)对于现有的容易发生污泥严重膨胀的污水厂，可以在 曝气池的前面部分补充设臵足够的填料（降低了曝气池的 污泥负荷，也改变了进入后面部分曝气池的水质）； (4)用气浮法代替二次沉淀池，可以有效地使这个处理系 统维持正常运行。